BRPI1015168B1 - "Biodiesel fuel, and diesel fuel manufacturing process" - Google Patents
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Description
(54) Título: COMBUSTÍVEL BIODIESEL, E, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM COMBUSTÍVEL DIESEL (51) Int.CI.: C10L 1/02; C10L 1/19; C11C 3/00; C11C 3/10 (30) Prioridade Unionista: 24/04/2009 FR 0952698 (73) Titular(es): ARKEMA FRANCE (72) Inventor(es): JEAN-LUC DUBOIS(54) Title: FUEL BIODIESEL, E, PROCESS OF MANUFACTURING A DIESEL FUEL (51) Int.CI .: C10L 1/02; 1/10 C10L; C11C 3/00; C11C 3/10 (30) Unionist Priority: 24/04/2009 FR 0952698 (73) Owner (s): ARKEMA FRANCE (72) Inventor (s): JEAN-LUC DUBOIS
1/20 “COMBUSTÍVEL BIODIESEL, E, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM COMBUSTÍVEL DIESEL” [0001] A presente invenção se refere a um biocombustível diesel consistindo numa mistura de ésteres de ácidos graxos de origem natural e contendo um éster de ácidos ω-insaturados compreendendo uma cadeia com 11 ou 13 átomos de carbono ou os ácidos saturados correspondentes.1/20 “BIODIESEL FUEL, E, MANUFACTURING PROCESS FOR A DIESEL FUEL” [0001] The present invention relates to a diesel biofuel consisting of a mixture of esters of fatty acids of natural origin and containing an ester of ω-unsaturated acids comprising a chain with 11 or 13 carbon atoms or the corresponding saturated acids.
[0002] A substituição das energias fósseis para assegurar as necessidades energéticas futuras constitui uma preocupação fundamental. Neste quadro, o biodiesel é um substituto para os combustíveis fabricados com base em petróleo (petrodiesel). Por biodiesel se entende os combustíveis usando como matéria-prima produtos naturais provenientes de agricultura ou pecuária, ou seja, renováveis.[0002] The replacement of fossil fuels to ensure future energy needs is a major concern. In this context, biodiesel is a substitute for fuels made from petroleum (petrodiesel). Biodiesel means fuels using as raw material natural products from agriculture or livestock, that is, renewable.
[0003] Esta abordagem, iniciada há várias décadas tem sido objeto de importantes trabalhos que levaram à comercialização de biocombustíveis para motores a diesel. A base destes trabalhos foi o uso de óleos vegetais obtidos a partir de sementes de várias plantas, tais como a canola, a soja, o girassol, a palma... ou de gorduras animais que consistem numa mistura de triglicerídeos de ácidos graxos orgânicos cujo comprimento da cadeia está geralmente entre 16 e 18 átomos de carbono.[0003] This approach, which began several decades ago, has been the subject of important work that led to the commercialization of biofuels for diesel engines. The basis of these works was the use of vegetable oils obtained from seeds of several plants, such as canola, soy, sunflower, palm ... or animal fats that consist of a mixture of triglycerides of organic fatty acids whose The chain length is usually between 16 and 18 carbon atoms.
[0004] Assim, foi desenvolvida uma gama de biodieseis conhecida sob a abreviação EMHV para Éster Metílico de Óleo Vegetal em que uma molécula majoritária é o éster metílico de ácido oleico. De forma análoga, se desenvolveu o EEHV (ésteres etílicos dos mesmos óleos vegetais). Estes biodieseis são conhecidos em inglês sob os nomes de FAME e FAEE para, respectivamente, “Fatty Acid Methyl Ester” e “Fatty Acid Ethyl Ester”. Eles formam o que é chamado de biodieseis de primeira geração.[0004] Thus, a range of biodiesels known under the abbreviation EMHV for Vegetable Oil Methyl Ester has been developed in which a major molecule is the oleic acid methyl ester. In a similar way, EEHV (ethyl esters of the same vegetable oils) was developed. These biodiesels are known in English under the names FAME and FAEE for, respectively, "Fatty Acid Methyl Ester" and "Fatty Acid Ethyl Ester". They form what is called first generation biodiesels.
[0005] Esses ésteres podem ser obtidos através de transesterificação direta do óleo vegetal obtido a partir de sementes dessas plantas e por analogia transesterificação da gordura animal, na presença de metanol que leva a uma mistura de ésteres cujas fórmulas dependem da natureza dos óleos ou das gorduras usados como carga.[0005] These esters can be obtained through direct transesterification of vegetable oil obtained from the seeds of these plants and by analogy transesterification of animal fat, in the presence of methanol which leads to a mixture of esters whose formulas depend on the nature of the oils or the fats used as fillers.
Petição 870180017594, de 05/03/2018, pág. 6/29Petition 870180017594, of 03/05/2018, p. 6/29
2/20 [0006] Estes ésteres podem também ser obtidos numa primeira etapa através da hidrólise dos triglicerídeos contidos nesses óleos ou gorduras, em seguida em uma segunda etapa através de esterificação com metanol. Entre essas duas etapas é possível fazer uma separação dos ácidos para obter uma mistura de ésteres enriquecida em pelo menos um desses ésteres.2/20 [0006] These esters can also be obtained in a first stage through the hydrolysis of the triglycerides contained in these oils or fats, then in a second stage through esterification with methanol. Between these two steps, it is possible to separate the acids to obtain a mixture of esters enriched in at least one of these esters.
[0007] Podem ser encontradas na publicação “Pure and Applied Chemistry 73, 685-744” IUPAC 2001, as composições de ácidos graxos de uma grande maioria de óleos ou gorduras, a lista estabelecida no presente caso para uso alimentar, mas que podem em todo o caso ser usadas na fabricação de biodieseis. À exceção de alguns exemplos “exóticos”, tais como o óleo de noz de coco, óleo de palmiste e óleo de babaçu que contêm ácidos graxos “curtos” de 12 átomos de carbono, todos os outros são baseados essencialmente em ácidos C16 e C18 saturados ou insaturados.[0007] IUPAC 2001, “Pure and Applied Chemistry 73, 685-744”, contains the fatty acid compositions of a vast majority of oils or fats, the list established in the present case for food use, but which can in any case be used in the manufacture of biodiesel. With the exception of a few “exotic” examples, such as coconut nut oil, palm kernel oil and babassu oil that contain “short” 12-carbon fatty acids, all others are based essentially on saturated C16 and C18 acids or unsaturated.
[0008] Além disso um grande estudo conduzido por Gerhard Knothe e seus colegas para analisar os fatores-chave na escolha de ésteres graxos para a formulação de biodieseis. Este estudo é resumido no artigo intitulado - “Designer” Biodiesel: Optimizing Fatty Ester Composition to Improve Fuels Properties publicado em “Energy & Fuels” 2008, 22, 1358-1364. Este artigo trata da influência da estrutura dos ácidos graxos, ou seja, o seu comprimento da cadeia, a presença ou não de ligações duplas e a presença de funções hidroxila em suas propriedades em relação às especificações de combustível diesel tal como definidas nas normas ASTM D6751 e EN 14214, e nomeadamente no índice de cetano, na viscosidade, nas propriedades de fluidez a frio e na estabilidade à oxidação. A conclusão desse estudo é que o oleato de metila é a principal molécula de base da mistura cujo desempenho pode ser melhorado através da adição de outros ésteres específicos. [0009] Esse estudo é essencialmente técnico. Em um nível prático, ele deve também ser colocado em uma perspectiva política, tendo em conta um parâmetro adicional que é importante ou seja que esse produto de agricultura ou a cultura desse produto não deve ter um impacto sobre o desenvolvimento da cultura destinada à alimentação humana indispensável com a evolução da população[0008] In addition a large study conducted by Gerhard Knothe and his colleagues to analyze the key factors in the choice of fatty esters for the formulation of biodiesels. This study is summarized in the article entitled - “Designer” Biodiesel: Optimizing Fatty Ester Composition to Improve Fuels Properties published in “Energy & Fuels” 2008, 22, 1358-1364. This article deals with the influence of the structure of fatty acids, that is, their chain length, the presence or not of double bonds and the presence of hydroxyl functions in their properties in relation to the diesel fuel specifications as defined in the ASTM D6751 standards and EN 14214, and in particular the cetane number, viscosity, cold flow properties and oxidation stability. The conclusion of this study is that methyl oleate is the main base molecule of the mixture whose performance can be improved by adding other specific esters. [0009] This study is essentially technical. On a practical level, it should also be placed in a political perspective, taking into account an additional parameter that is important, namely that this agricultural product or the culture of that product should not have an impact on the development of the culture intended for human consumption indispensable with the evolution of the population
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3/20 mundial. Torna-se cada vez mais importante desenvolver culturas industriais que não estejam em concorrência com as aplicações alimentares.3/20 worldwide. It is becoming increasingly important to develop industrial crops that are not in competition with food applications.
[0010] Para resumir, a seleção de uma dessas vias depende naturalmente das propriedades “térmicas e energéticas” dos combustíveis assim obtidos mas também de três critérios adicionais importantes ou seja a compatibilidade desses combustíveis com os motores atualmente usados, o cumprimento das novas normas de emissões de CO2 e a harmonização (não concorrência) com as culturas dedicadas à alimentação.[0010] To summarize, the selection of one of these routes naturally depends on the “thermal and energetic” properties of the fuels thus obtained, but also on three important additional criteria, namely the compatibility of these fuels with the engines currently used, compliance with the new CO2 emissions and harmonization (non-competition) with crops dedicated to food.
[0011] Conhece-se igualmente os biodieseis chamados de segunda geração que são obtidos através de hidrotratamento de óleos vegetais conduzido através de hidrogenação de hidrocarbonetos de cadeia longa, isomerizados ou não. A isomerização de parafinas permite reduzir significativamente o ponto de turbidez, ou seja a temperatura na qual as parafinas começam a cristalizar.[0011] Also known are the so-called second generation biodiesels that are obtained through the hydrotreating of vegetable oils conducted through the hydrogenation of long chain hydrocarbons, isomerized or not. Paraffin isomerization significantly reduces the cloud point, that is, the temperature at which the paraffins start to crystallize.
[0012] Finalmente foi igualmente proposto, em um artigo de N.M. Irving publicado em XVI European Biomass Conférence, 2-6 de Junho de 2008, Valência, Espanha sob o título “Clean, High Enthalpy biofuels”, substituir através de nitrilação a função ácido do ácido graxo pela função nitrila. Essas nitrilas graxas obtidas seja através de nitrilação de ácidos graxos naturais obtidos através de hidrólise de triglicerídeos de óleo de sementes, ácidos com cadeias compreendidas entre C12 e C18 e centrados principalmente em C16 ou seja através de nitrilação direta do óleo parecem dar excelentes desempenhos como biodieseis.[0012] Finally, it was also proposed, in an article by NM Irving published in XVI European Biomass Conférence, 2-6 June 2008, Valencia, Spain under the title “Clean, High Enthalpy biofuels”, to replace the acid function with nitrilation of fatty acid by the nitrile function. These fatty nitriles obtained either through the nitration of natural fatty acids obtained through the hydrolysis of seed oil triglycerides, acids with chains between C12 and C18 and centered mainly on C16, that is, through direct oil nitrilation, seem to give excellent performances as biodiesel. .
[0013] O problema a resolver é, por isso, encontrar um combustível diesel baseado em uma fonte renovável, satisfazendo melhor as especificações dos biodieseis (normas ASTM D6751 e EN 14214) e em particular os critérios do índice de cetano, dos pontos de fusão, da viscosidade e da estabilidade à oxidação usando uma fonte não conduzindo à produção de produtos alimentares para evitar qualquer concorrência “proibida”. Esses biodieseis devem naturalmente ser totalmente compatíveis com os combustíveis ex-petróleo com os quais são, até agora, na maioria das vezes usados em mistura.[0013] The problem to be solved is, therefore, to find a diesel fuel based on a renewable source, better satisfying the specifications of the biodiesels (ASTM D6751 and EN 14214 standards) and in particular the criteria of the cetane index, the melting points , viscosity and oxidation stability using a source not leading to the production of food products to avoid any “prohibited” competition. These biodiesels must naturally be fully compatible with the ex-petroleum fuels with which they are, until now, most often used in blends.
[0014] Entre essas possíveis fontes se pode revelar os óleos contendo[0014] Among these possible sources, oils containing
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4/20 hidroxiácidos que são pouco propícios para alimentação humana e principalmente a mamona. De fato, a semente de mamona tem um teor de óleo de aproximadamente 50%. Por outro lado, o óleo de mamona, que contém mais de 80% em peso de ácido ricinoleico e aproximadamente 15% em peso de ácidos oleico e linoleico, não tem nenhuma aplicação alimentar o que apresenta um interesse importante no debate atual de combustível versus alimentar. Esse óleo parece então capaz de constituir uma excelente fonte para a produção de biodieseis e ainda para mais essa planta tem um rendimento por hectare particularmente elevado ou pode também crescer em terrenos muito difíceis e em condições de baixa pluviosidade, onde poucas plantas alimentares podem ser cultivadas, o que limita com muito mais razão as competições com as plantas para aplicações alimentares.4/20 hydroxy acids that are not conducive to human food and especially castor. In fact, castor seed has an oil content of approximately 50%. On the other hand, castor oil, which contains more than 80% by weight of ricinoleic acid and approximately 15% by weight of oleic and linoleic acids, has no food application which has an important interest in the current fuel versus food debate . This oil then seems capable of constituting an excellent source for the production of biodiesels and furthermore this plant has a particularly high yield per hectare or can also grow on very difficult land and in low rainfall conditions, where few food plants can be grown , which more reasonably limits competitions with plants for food applications.
[0015] Infelizmente, tal como G. Knothe revelou na página 1364 do artigo “Energy & Fuels” citado anteriormente, o ricinoleato de metila apresenta propriedades que excluem a priori seu uso como base em um aplicativo de biodiesel. De fato, sua viscosidade a baixa temperatura é muito elevada, seu ponto de fusão está próximo de 0°C e seu índice de cetano bem abaixo da especificação. Para ficar completo pode ser acrescentado que sua estabilidade à oxidação é menor que a do oleato e linoleato de metila.[0015] Unfortunately, as G. Knothe revealed on page 1364 of the article “Energy & Fuels” mentioned above, methyl ricinoleate has properties that a priori exclude its use as a basis in a biodiesel application. In fact, its viscosity at low temperature is very high, its melting point is close to 0 ° C and its cetane number well below specification. To complete it, it can be added that its oxidation stability is less than that of methyl oleate and linoleate.
[0016] O uso de óleo de mamona no aplicativo biodiesel é também mencionado no artigo “Thermoanalytical characterization of castor oil biodiesel” de Marta M. Conceição et al. publicado em Renewable and Substainable Energy Reviews - 11 (2007) 964-975 (Elsevier). Esse artigo essencialmente analítico ilustra o problema da viscosidade e também se refere a uma densidade muito alta que está fora das especificações diesel. O aspecto cetano não é abordado senão de forma incidente na página 969 §2 indicando que a transesterificação reduz a viscosidade do óleo sem alterar o cetano do qual não se conhece o valor. A inadaptação da mamona para este aplicativo é verossimilmente devido à presença do radical OH em β da ligação dupla. Verifica-se o mesmo problema com as sementes das plantas do gênero Lesquerella, incluindo Lesquerella fendleri, da qual é extraído um óleo contendo o ácido lesquerólico em mais de 50% em peso e em mistura, cerca de 35%[0016] The use of castor oil in the biodiesel application is also mentioned in the article “Thermoanalytical characterization of castor oil biodiesel” by Marta M. Conceição et al. published in Renewable and Substainable Energy Reviews - 11 (2007) 964-975 (Elsevier). This essentially analytical article illustrates the viscosity problem and also refers to a very high density that is outside diesel specifications. The cetane aspect is addressed only incidentally on page 969 §2 indicating that transesterification reduces the viscosity of the oil without changing the cetane for which the value is not known. The unsuitability of castor for this application is likely due to the presence of the OH radical in β of the double bond. The same problem occurs with the seeds of plants of the genus Lesquerella, including Lesquerella fendleri, from which an oil containing more than 50% by weight of lesquerolic acid is extracted and in mixture, about 35%
Petição 870180017594, de 05/03/2018, pág. 9/29Petition 870180017594, of 03/05/2018, p. 9/29
5/20 em peso, de vários ácidos C18 na maioria insaturados.5/20 by weight of various C18 acids, mostly unsaturated.
[0017] O interesse evidente do óleo de mamona como base para um biodiesel conduziu certos investigadores, tal como revelado por G. Knothe, a trabalhos sobre a modificação genética de espécies de sementes de mamona para produzir muito mais ácido oleico e menos ácido ricinoleico. Pode-se citar a este respeito o trabalho de Pilar Rojas-Barros publicado em Crop Science, vol. 44, Janeiro-Fevereiro de 2004, págs. 76-80 e Vol. 45, Janeiro-Fevereiro de 2005, págs. 157-162.[0017] The evident interest in castor oil as a basis for biodiesel has led certain researchers, as revealed by G. Knothe, to work on the genetic modification of castor seed species to produce much more oleic acid and less ricinoleic acid. The work of Pilar Rojas-Barros published in Crop Science, vol. 44, January-February 2004, p. 76-80 and Vol. 45, January-February 2005, pgs. 157-162.
[0018] A invenção se propõe superar as desvantagens de produzir um biodiesel a partir de sementes de plantas ricas em hidroxiácidos insaturados, tais como a mamona e a Lesquerella através de extração do óleo contido na semente, transformação do ácido ricinoleico e/ou do ácido lesquerólico contido no óleo na sua forma de éster metílico ou etílico através de transesterificação (ou hidrólise e esterificação) e depois craqueamento do último em ésteres C11 e/ou C13 ωinsaturados, que podem se necessário ser saturados através de hidrogenação consecutiva dos ésteres ω-insaturados.[0018] The invention aims to overcome the disadvantages of producing biodiesel from seeds of plants rich in unsaturated hydroxy acids, such as castor and Lesquerella by extracting the oil contained in the seed, transforming the ricinoleic acid and / or the acid lesquerolic oil contained in the form of methyl or ethyl ester through transesterification (or hydrolysis and esterification) and then cracking the latter into ω-unsaturated C11 and / or C13 esters, which may be necessary to be saturated by consecutive hydrogenation of ω-unsaturated esters .
[0019] A invenção se refere a um combustível biodiesel compreendendo uma mistura de ésteres de ácidos graxos, contendo a referida mistura pelo menos 1% de um composto de origem natural não fóssil de fórmula ROOC-(CH2)n-CH2-R1 em que R é ou CH3 ou C2H5, n é 7 ou 9 e R1 é ou C2H5 ou CH=CH2.[0019] The invention relates to a biodiesel fuel comprising a mixture of fatty acid esters, said mixture containing at least 1% of a compound of natural non-fossil origin of the formula ROOC- (CH2) n-CH2-R1 in which R is either CH3 or C2H5, n is 7 or 9 and R1 is either C2H5 or CH = CH2.
[0020] O teor da mistura desse composto depende, em parte, do desempenho desejado em função das especificações e do processo de fabricação do biodiesel, que pode ser baseado no uso de uma única fonte de sementes oleaginosas ou de uma combinação de sementes (extratos de plantas oleaginosas como o girassol, a canola, a soja, o amendoim, a oliveira, o gergelim, o cártamo, a copra, a palma...) ou, finalmente, de uma mistura ulterior dessa mistura com combustíveis biodieseis de diferentes origens ou mesmo de combustíveis dieseis ex-petróleo com os quais é compatível.[0020] The content of the mixture of this compound depends, in part, on the desired performance depending on the specifications and the biodiesel manufacturing process, which can be based on the use of a single source of oilseeds or a combination of seeds (extracts oleaginous plants such as sunflower, canola, soy, peanut, olive, sesame, safflower, copra, palm ...) or, finally, a further mixture of this mixture with biodiesel fuels of different origins or even ex-petroleum diesel fuels with which it is compatible.
[0021] Em geral o teor em peso da mistura de combustíveis biodieseis (ésteres de ácidos graxos) nesse composto está compreendido entre 1 e 100% e de preferência entre 20 e 70%, mais preferivelmente entre 30 e 60%.[0021] In general, the weight content of the mixture of biodiesel fuels (fatty acid esters) in this compound is between 1 and 100% and preferably between 20 and 70%, more preferably between 30 and 60%.
Petição 870180017594, de 05/03/2018, pág. 10/29Petition 870180017594, of 03/05/2018, p. 10/29
6/20 [0022] Os compostos de ésteres ω-insaturados contendo 11 ou 13 átomos de carbono apresentam, quer tenham sido ou não sujeitos a uma hidrogenação ulterior, características físico-químicas correspondentes às especificações dos biodieseis. Eles podem ser usados “puros” nessa aplicação. No entanto, por razões econômicas, eles podem ser adicionados a um biodiesel de origem diferente para lhes conferir, dependendo da quantidade adicionada, o desempenho necessário ao uso.6/20 [0022] The compounds of ω-unsaturated esters containing 11 or 13 carbon atoms have, whether or not they have been subjected to further hydrogenation, physicochemical characteristics corresponding to the specifications of the biodiesels. They can be used “neat” in this application. However, for economic reasons, they can be added to a biodiesel of different origin to give them, depending on the amount added, the performance necessary for use.
[0023] Por combustível biodiesel se entende no sentido da presente invenção um combustível respondendo às especificações dos combustíveis diesel tal como definidas nas normas ASTM D6751 e EN 14214, incluindo o índice de cetano, a viscosidade, as propriedades de escoamento a frio e a estabilidade à oxidação. De preferência, um combustível biodiesel na acepção da presente invenção atende às especificações definidas no livro “Biodiesel Handbook”, por Gerhard Knothe, Jon Van Gerpen e Jürgen Krahl, AOCS press, 2005.[0023] Biodiesel fuel means in the sense of the present invention a fuel meeting the specifications of diesel fuels as defined in the ASTM D6751 and EN 14214 standards, including the cetane number, viscosity, cold flow properties and stability oxidation. Preferably, a biodiesel fuel within the meaning of the present invention meets the specifications defined in the book “Biodiesel Handbook”, by Gerhard Knothe, Jon Van Gerpen and Jürgen Krahl, AOCS press, 2005.
[0024] Além disso, quando seu processo de fabricação é baseado na transformação da mamona (ou de Lesquerella) na forma de sementes ou óleo, é indispensável no plano econômico valorizar outros ésteres presentes no óleo e susceptíveis de serem usados em uma composição de combustível biodiesel e assim otimizar os custos.[0024] Furthermore, when its manufacturing process is based on the transformation of castor (or Lesquerella) in the form of seeds or oil, it is indispensable in the economic plan to value other esters present in the oil and likely to be used in a fuel composition biodiesel and thus optimize costs.
[0025] Por exemplo um combustível biodiesel fabricado exclusivamente à base de mamona poderá ter a seguinte composição em peso:[0025] For example, a biodiesel fuel made exclusively from castor oil may have the following composition by weight:
C11:1 ω-undecilenato de metila de 17 a 92%C11: 1 methyl ω-undecylenate from 17 to 92%
C16:0 palmitato de metila de 1 a 5%C16: 1 to 5% methyl palmitate
C18:0 estearato de metila de 1 a 7%C18: 1 to 7% methyl stearate
C18:1 oleato de metila de 3 a 20%C18: 1 methyl oleate of 3 to 20%
C18:2 linoleato de metila de 3 a 20%C18: 2 3 to 20% methyl linoleate
C18:1 OH ricinoleato de metila de 0 à 35% [0026] De preferência, o composto de origem natural não fóssil corresponde à fórmula CH3OOC-(CH2)8-R1 em que R1 é ou C2H5 ou CH=CH2 ou à fórmulaC18: 1 OH 0 to 35% methyl ricinoleate [0026] Preferably, the non-fossil compound of natural origin corresponds to the formula CH 3 OOC- (CH 2 ) 8 -R 1 where R 1 is or C 2 H 5 or CH = CH 2 or the formula
CH3OOC-(CH2)10-R1, em que R1 é ou C2H5 ou CH=CH2.CH3OOC- (CH2) 10-R1, where R1 is either C2H5 or CH = CH2.
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7/20 [0027] Este composto possuindo 11 ou 13 átomos de carbono é sintetizado a partir de sementes de mamona (Ricinus communis L. e outras espécies) para o composto com 11 átomos e sementes de Lesquerella (Lesquerella fendleri e outras espécies) para o composto com 13 átomos, sementes das quais é extraído o óleo correspondente de acordo com um processo perfeitamente conhecido.7/20 [0027] This compound having 11 or 13 carbon atoms is synthesized from castor seeds (Ricinus communis L. and other species) for the compound with 11 atoms and seeds of Lesquerella (Lesquerella fendleri and other species) for the compound with 13 atoms, seeds from which the corresponding oil is extracted according to a perfectly known process.
[0028] Assim, a invenção se refere também a um processo de fabricação de um combustível diesel tal como definido acima, processo no qual se usa como matériaprima o óleo de sementes de mamona e/ou de Lesquerella ao qual se submete o seguinte tratamento:[0028] Thus, the invention also relates to a process for the manufacture of a diesel fuel as defined above, a process in which the castor and / or Lesquerella seed oil is used as raw material to which the following treatment is subjected:
1) transesterificação de triglicerídeos de óleo na presença de um álcool fraco, de preferência metanol ou etanol, depois separação do glicerol formado,1) transesterification of oil triglycerides in the presence of a weak alcohol, preferably methanol or ethanol, after separation of the glycerol formed,
2) separação dos ésteres graxos não hidroxilados para formar uma fração enriquecida em hidroxiésteres,2) separation of the non-hydroxylated fatty esters to form a fraction enriched in hydroxy esters,
3) craqueamento da fração de hidroxiésteres do ácido ricinoleico e/ou lesquerólico enriquecida para formar o éster do ácido de fórmula ROOC-(CH2)n-CH2R1 em que R é ou CH3 ou C2H5, n é 7 ou 9 e R1 é CH=CH2, sem que esse craqueamento tenha um impacto sobre os ésteres insaturados C18 residuais (oleico, linoleico e linolênico),3) cracking of the hydroxyester fraction of ricinoleic and / or leskerolic acid enriched to form the acid ester of the formula ROOC- (CH2) n-CH2R1 where R is either CH3 or C2H5, n is 7 or 9 and R1 is CH = CH2, without this cracking having an impact on the residual C18 unsaturated esters (oleic, linoleic and linolenic),
4) separação, por exemplo através de destilação, do heptanaldeído formado e produção de um efluente compreendendo ésteres ω-insaturados C11 e/ou C13 e hidroxiésteres dos ácidos ricinoleico e/ou lesquerólico não processados no craqueamento da etapa 3, que após mistura com os ésteres graxos não hidroxilados separados anteriormente formará o referido combustível biodiesel.4) separation, for example by distillation, of the formed heptanaldehyde and production of an effluent comprising ω-unsaturated esters C11 and / or C13 and hydroxy esters of unprocessed ricinoleic and / or lesquerolic acids in the cracking of step 3, which after mixing with the non-hydroxylated fatty esters separated previously will form said biodiesel fuel.
[0029] Em uma variante do processo, a etapa 1 pode também ser conduzida em duas fases: hidrólise dos triglicerídeos e depois esterificação dos ácidos formados. [0030] Em uma outra variante do processo, a taxa de craqueamento da etapa 3 está geralmente entre 50 e 70%, a mistura de ésteres produzidos na etapa 4 conterá ésteres ω-insaturados C11 e/ou C13 e hidroxiésteres dos ácidos ricinoleico e/ou lesquerólico. Esses últimos, separados dos ésteres ω-insaturados, poderão ser vantajosamente reciclados como carga da etapa 3 para aumentar a taxa global de[0029] In a process variant, step 1 can also be conducted in two stages: hydrolysis of triglycerides and then esterification of the acids formed. [0030] In another process variant, the cracking rate of step 3 is generally between 50 and 70%, the mixture of esters produced in step 4 will contain ω-unsaturated esters C11 and / or C13 and hydroxy esters of ricinoleic and / or acids or lesquerolic. The latter, separated from ω-unsaturated esters, can be advantageously recycled as a step 3 load to increase the overall rate of
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8/20 craqueamento.8/20 cracking.
[0031] Em outra variante do processo se pode, após a separação do glicerol, na etapa 2, não proceder à separação dos ésteres graxos não hidroxilados e portanto formar uma fração de éster bruto ou seja uma mistura correspondendo ao conjunto dos ácidos graxos, hidroxiácidos e outros, presentes nas sementes tratadas e no óleo que originam. O craqueamento da etapa 3 não tem qualquer impacto na estrutura dos ésteres insaturados C18 (oleico, linoleico e linolênico). Após separação na etapa 4 do heptanaldeído da mistura de ésteres que é constituída por ésteres ωinsaturados (C11/C13), hidroxiésteres ricinoleico e/ou lesquerólico não transformados na etapa 3 e ésteres C16 e 18, se pode, após separação dos ésteres ω-insaturados, reciclar na carga da etapa 3, a fração residual de ésteres essencialmente os hidroxiésteres ricinoleico e/ou lesquerólico para obter uma melhor conversão desses últimos.[0031] In another variant of the process, after the glycerol separation, in step 2, it is not possible to separate the non-hydroxylated fatty esters and therefore form a fraction of crude ester, that is, a mixture corresponding to the set of fatty acids, hydroxy acids and others, present in the treated seeds and in the oil they originate. The cracking in step 3 has no impact on the structure of C18 unsaturated esters (oleic, linoleic and linolenic). After separation in step 4 of the heptanaldehyde of the mixture of esters, which consists of ω-unsaturated esters (C11 / C13), ricinoleic and / or lesquerolic hydroxy esters in step 3 and C16 and 18 esters, it is possible, after separation of ω-unsaturated esters , recycle in the load of step 3, the residual fraction of esters essentially the ricinoleic and / or lesquerolic hydroxy esters to obtain a better conversion of the latter.
[0032] Essa reciclagem será vantajosamente precedida de um enriquecimento da referida fração de hidroxiésteres ricinoleico e/ou lesquerólico através de extração dos ésteres C18 (oleico, linoleico e linolênico...) para evitar uma acumulação desses últimos no reator de craqueamento. Essa fração será também vantajosamente sujeita, antes ou após a extração dos ésteres C18, a uma esterificação, para reduzir os ácidos graxos livres eventualmente formados no craqueamento que é efetuada na presença de vapor de água.[0032] This recycling will be advantageously preceded by an enrichment of the referred fraction of ricinoleic and / or lesquerolic hydroxy esters through the extraction of C18 esters (oleic, linoleic and linolenic ...) to avoid an accumulation of the latter in the cracking reactor. This fraction will also be advantageously subjected, before or after the extraction of the C18 esters, to an esterification, to reduce the free fatty acids eventually formed in the cracking that is carried out in the presence of water vapor.
[0033] Em uma outra variante da implementação do processo poderá, para evitar qualquer presença da forma ácida das moléculas formando a mistura, se realizar uma esterificação do efluente saindo do craqueamento antes de qualquer fracionamento dos ésteres. Vai-se evitar assim a necessidade de tratar separadamente cada uma das partes que devem entrar na constituição da mistura constituindo o combustível biodiesel.[0033] In another variant of the implementation of the process, to avoid any presence of the acid form of the molecules forming the mixture, an esterification of the effluent leaving the cracking is carried out before any fractionation of the esters. This will avoid the need to separately treat each part that must be included in the mixture constituting biodiesel fuel.
[0034] Em outra variante do processo, pode ser aplicada à fração de éster C11 e/ou C13 insaturado uma hidrogenação para formar o éster undecanóico ROOC(CH2)9-CH3 e/ou tridecanóico ROOC-(CH2)11-CH3 e isso depois de separar à vez os ésteres oleico e linoleico ou linolênico e os ésteres ricinoleico e/ou lesquerólico não[0034] In another process variant, a hydrogenation fraction can be applied to the C11 and / or C13 unsaturated ester fraction to form the undecanoic ester ROOC (CH 2 ) 9 -CH 3 and / or tridecanoic ROOC- (CH 2 ) 11 - CH 3 and that after separating the oleic and linoleic or linolenic esters in turn and the ricinoleic and / or lesquerolic esters do not
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9/20 convertidos.9/20 converted.
[0035] Note-se que o ácido lesquerólico (ácido 14-hidroxi-11-eicosanóico) extraído de sementes de espécies do gênero Lesquerella está num teor entre 50 e 80%, de acordo com a espécie no extrato de óleo no qual se verificam igualmente dois outros hidroxiácidos: o ácido denssipólico (ácido 12-hidroxi-9,15octadecadienóico) e o ácido auricólico (ácido 14-hidroxi-11,17-eicosadienóico) que conduzem verossimilmente aos mesmos compostos ou seja os ésteres C11 e C13 e um aldeído insaturado com 7 carbonos.[0035] Note that the lesquerolic acid (14-hydroxy-11-eicosanoic acid) extracted from seeds of species of the genus Lesquerella is in a content between 50 and 80%, according to the species in the oil extract in which they occur also two other hydroxy acids: denssipolic acid (12-hydroxy-9,15 octadecadienoic acid) and auricolic acid (14-hydroxy-11,17-eicosadienic acid) which most likely lead to the same compounds, namely esters C11 and C13 and an aldehyde unsaturated with 7 carbons.
[0036] Assim, nas modalidades de realização preferidas da invenção:[0036] Thus, in the preferred embodiments of the invention:
- após a separação do heptanaldeído, o efluente é sujeito a uma separação dos ésteres ω-insaturados C11 e/ou C13 e a fração dos hidroxiésteres dos ácidos ricinoleico e/ou lesquerólico é totalmente ou parcialmente reciclada no craqueamento após ter sido eventualmente sujeita a uma esterificação com metanol.- after the separation of the heptanaldehyde, the effluent is subjected to a separation of the ω-unsaturated esters C11 and / or C13 and the fraction of the hydroxy esters of the ricinoleic and / or lesquerolic acids is totally or partially recycled in the cracking after being eventually subjected to a cracking esterification with methanol.
- após separação do glicerol, o conjunto dos ésteres saídos da transesterificação é sujeito a craqueamento cujo efluente é sujeito a uma série de sucessivas separações, primeiro que tudo do heptanal, dos ésteres ω-insaturados C11 e/ou C13, depois finalmente dos ésteres graxos não hidroxilados, sendo a fração residual de hidroxiésteres do ácido ricinoleico e/ou lesquerólico não transformada totalmente ou parcialmente reciclada no craqueamento após ter sido sujeita se for caso disso a uma esterificação com metanol, sendo o combustível biodiesel constituído pela mistura de ésteres ω-insaturados C11 e/ou C13, ésteres graxos não hidroxilados e eventualmente uma parte trasfegada de hidroxiésteres dos ácidos ricinoleico e/ou lesquerólico não convertidos.- after glycerol separation, the set of esters coming out of transesterification is subject to cracking whose effluent is subjected to a series of successive separations, first of all from heptanal, from ω-unsaturated esters C11 and / or C13, then finally from fatty esters non-hydroxylated, the residual fraction of hydroxy esters of ricinoleic and / or lesquerolic acid not fully or partially recycled in cracking after being subjected, if necessary, to an esterification with methanol, the biodiesel fuel being the mixture of ω-unsaturated esters C11 and / or C13, non-hydroxylated fatty esters and possibly a hydroxylated part of the unconverted ricinoleic and / or lesquerolic acids.
[0037] O óleo é geralmente obtido a partir de sementes através de pressão seguida de uma extração eventualmente com a ajuda de um solvente orgânico como hexano ou acetona.[0037] The oil is usually obtained from seeds through pressure followed by an extraction eventually with the help of an organic solvent such as hexane or acetone.
[0038] A transesterificação do óleo é conduzida a uma temperatura compreendida entre 20 e 80°C em presença de um excesso de álcool fraco, de preferência metanol e em meio básico (soda, potássio, metilato de sódio ou de potássio...) formando o catalisador.[0038] The transesterification of the oil is carried out at a temperature between 20 and 80 ° C in the presence of an excess of weak alcohol, preferably methanol and in a basic medium (soda, potassium, sodium or potassium methylate ...) forming the catalyst.
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10/20 [0039] As separações glicerol/ésteres (etapa 2), hidroxiésteres/ésteres (etapa 2 ou 4), ésteres ω-insaturados (C11 e/ou C13), ésteres (C16/C18/C20) são normalmente realizadas através de destilação mas podem também ser através de qualquer meio conhecido do habilitado na arte.10/20 [0039] Glycerol / esters (step 2), hydroxy esters / esters (step 2 or 4), ω-unsaturated esters (C11 and / or C13), esters (C16 / C18 / C20) are usually carried out through distillation but may also be by any means known to those skilled in the art.
[0040] O craqueamento (ou pirólise) dos ésteres é conduzida a uma temperatura compreendida geralmente entre 500 e 650°C em presença de vapor de água. Esta etapa é descrita no livro “Les Procédés de Pétrochimie” de A. Chauvel et al. publicado por Editions TECHNIP (1986) na parte consagrada à síntese do ácido amino-11-undecanóico.[0040] The cracking (or pyrolysis) of the esters is carried out at a temperature generally between 500 and 650 ° C in the presence of water vapor. This step is described in the book “Les Procédés de Pétrochimie” by A. Chauvel et al. published by Editions TECHNIP (1986) in the part dedicated to the synthesis of amino-11-undecanoic acid.
[0041] A implementação do processo em suas diversas variantes leva, a partir de uma mesma matéria de partida, à obtenção de uma mistura de ésteres com, juntamente com o éster do ácido ω-undecilênico e/ou ω-tridecilênico, essencialmente os ésteres dos ácidos oleico, linoleico, linolênico, esteárico e palmítico bem como uma fração de éster ricinoleico e/ou lesquerólico não convertidos. Os respectivos teores nos seus constituintes dependem do processo escolhido para a sua execução e do objetivo visado para o desempenho no quadro das especificações de biodieseis tal como é mostrado mais abaixo na descrição.[0041] The implementation of the process in its various variants leads, from the same starting material, to obtain a mixture of esters with, together with the ω-undecylenic and / or ω-tridecylenic acid ester, essentially the esters oleic, linoleic, linolenic, stearic and palmitic acids as well as a fraction of ricinoleic and / or lesquerolic ester not converted. The respective contents in its constituents depend on the process chosen for its execution and the objective aimed at performance within the framework of the biodiesel specifications as shown below in the description.
[0042] Um outro objeto da invenção é uma variante da implementação do processo da invenção na qual a etapa inicial é realizada usando como carga, não o óleo resultante da extração de sementes, mas diretamente as próprias sementes. [0043] De fato, foi descrita acima a preparação a partir de sementes de plantas oleaginosas, de ésteres de ácidos graxos, em duas etapas, ou seja uma etapa de extração de óleo de sementes na presença eventualmente de solvente e uma etapa de transesterificação desse óleo em presença de álcool e catalisador básico, conduzindo à obtenção de uma fase éster e uma fase glicerol.[0042] Another object of the invention is a variant of the implementation of the process of the invention in which the initial step is carried out using as a load, not the oil resulting from the extraction of seeds, but directly the seeds themselves. [0043] In fact, the preparation from oilseed seeds, fatty acid esters was described above in two stages, that is, a stage of extracting oil from seeds in the presence of solvent and eventually a stage of transesterification of that oil. oil in the presence of alcohol and basic catalyst, leading to an ester phase and a glycerol phase.
[0044] Na variante do processo, a etapa preliminar de extração de óleo de sementes e a etapa de transesterificação dos triglicerídeos são realizadas em uma única etapa. Esta nova primeira etapa consiste num processo de trituração reativa de sementes oleaginosas de mamona ou de Lesquerella que permite, partindo de sementes especificamente condicionadas e na presença de álcool fraco e de[0044] In the process variant, the preliminary step of extracting oil from seeds and the step of transesterification of triglycerides are carried out in a single step. This new first stage consists of a reactive grinding process of castor or Lesquerella oil seeds that allows, starting from specifically conditioned seeds and in the presence of weak alcohol and
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11/20 catalisador básico, realizar em uma única etapa a trituração e a reação de transesterificação dos triglicerídeos presentes no óleo, para conduzir à obtenção simultânea de uma torta, de glicerol e de ésteres de ácidos graxos, incluindo ésteres do ácido ricinoleico e/ou lesquerólico.11/20 basic catalyst, carry out in a single step the grinding and transesterification reaction of the triglycerides present in the oil, to lead to the simultaneous obtaining of a pie, glycerol and fatty acid esters, including esters of ricinoleic acid and / or leskerolic.
[0045] Um objeto da invenção é um processo de fabricação de um combustível biodiesel constituído por uma mistura de ésteres de ácidos graxos, contendo a referida mistura pelo menos 1% de um composto de origem natural não fóssil de fórmula ROOC4CH2VCH2-R1 em que R é ou CH3 ou C2H5, n é 7 ou 9 e R1 é ou C2H5 ou CH=CH2, composto possuindo 11 ou 13 átomos de carbono lineares sintetizado a partir de sementes de mamona (Ricinus communis e outras) para o composto com 11 átomos e de sementes de Lesquerella (Lesquerella fendleri e outras) para o composto com 13 átomos, possuindo as seguintes etapas:[0045] An object of the invention is a process of manufacturing a biodiesel fuel consisting of a mixture of fatty acid esters, containing said mixture at least 1% of a compound of natural non-fossil origin of formula ROOC4CH2VCH2-R1 in which R is either CH3 or C2H5, n is 7 or 9 and R1 is either C 2 H 5 or CH = CH 2 , a compound having 11 or 13 linear carbon atoms synthesized from castor seeds (Ricinus communis and others) for the compound with 11 atoms and Lesquerella seeds (Lesquerella fendleri and others) for the compound with 13 atoms, having the following steps:
1) condicionamento das sementes possuindo uma taxa de acidez inferior a 2 mg de KOH/g sem descascamento prévio,1) conditioning of the seeds having an acidity rate of less than 2 mg KOH / g without previous stripping,
2) colocação das sementes condicionadas em contacto com um álcool fraco anidro e um catalisador alcalino nas condições de temperatura e duração suficientes para permitir a extração e a transesterificação simultâneas do óleo vegetal e conduzindo à obtenção de uma mistura compreendendo os ésteres de ácidos graxos presentes na semente, glicerol e uma torta, depois2) placing the conditioned seeds in contact with a weak anhydrous alcohol and an alkaline catalyst in conditions of sufficient temperature and duration to allow the simultaneous extraction and transesterification of the vegetable oil and leading to a mixture comprising the fatty acid esters present in the seed, glycerol and a pie, then
3) separação do glicerol e da torta formados,3) separation of the glycerol and the pie formed,
4) craqueamento da fração éster resultante contendo uma proporção maior de éster ricinoleico e/ou lesquerólico para formar o éster do ácido de fórmula ROOC-(CH2)n-CH=CH2, sem que esse craqueamento tenha impacto nos ésteres insaturados C18 presentes na carga (oleico, linoleico e linolênico),4) cracking of the resulting ester fraction containing a greater proportion of ricinoleic and / or lesquerolic ester to form the acid ester of the formula ROOC- (CH2) n-CH = CH2, without this cracking having an impact on the unsaturated C18 esters present in the charge (oleic, linoleic and linolenic),
5) produção de uma mistura de ésteres através de separação (através de destilação) do heptanaldeído formado.5) production of a mixture of esters through separation (through distillation) of the formed heptanaldehyde.
[0046] Esse processo difere do processo anterior apenas pelas fases iniciais de produção da mistura de ésteres graxos cujo final é marcado pela separação do glicerol. O conjunto das variantes de implementação do primeiro processo são naturalmente aplicáveis ao segundo; assim a separação dos ésteres graxos de[0046] This process differs from the previous process only in the initial stages of production of the mixture of fatty esters whose end is marked by the separation of glycerol. The set of implementation variants of the first process are naturally applicable to the second; thus the separation of fatty esters from
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12/20 hidroxiésteres para alimentar o craqueamento com uma parte enriquecida em hidroxiésteres, seja de seguida ou no decurso das etapas 2 e 3, seja de seguida ou no decurso das etapas 4 e 5, permitirá aumentar o rendimento do craqueamento dos hidroxiésteres; igualmente desse modo será possível esterificar a mistura de ésteres após a separação do heptanaldeído e, além disso, de hidrogenar se necessário os ésteres ω-insaturados C11 e/ou C13.12/20 hydroxy esters to feed cracking with a part enriched in hydroxy esters, either afterwards or during steps 2 and 3, either afterwards or during steps 4 and 5, it will increase the cracking performance of hydroxyesters; in this way it will also be possible to esterify the mixture of esters after separation of the heptanaldehyde and, in addition, to hydrogenate if necessary the ω-unsaturated esters C11 and / or C13.
[0047] Assim, de preferência, a mistura de ésteres é sujeita a uma separação de ésteres ω-insaturados C11 e/ou C13, depois os ésteres graxos não hidroxilados e que a fração residual de hidroxiésteres dos ácidos ricinoleico e/ou lesquerólico não convertidos é totalmente ou parcialmente reciclada no craqueamento depois de ter sido sujeita a uma esterificação com metanol; sendo o combustível biodiesel constituído pela mistura de ésteres ω-insaturados C11 e/ou C13, ésteres graxos não hidroxilados e eventualmente uma parte trasfegada de hidroxiésteres dos ácidos ricinoleico e/ou lesquerólico não convertidos.Thus, the mixture of esters is preferably subjected to a separation of ω-unsaturated esters C11 and / or C13, then the non-hydroxylated fatty esters and that the residual hydroxyester fraction of the non-converted ricinoleic and / or lesquerolic acids it is totally or partially recycled in cracking after being subjected to esterification with methanol; the biodiesel fuel constituted by the mixture of ω-unsaturated esters C11 and / or C13, non-hydroxylated fatty esters and possibly a transfer part of hydroxyesters of the non-converted ricinoleic and / or lesquerolic acids.
[0048] Esta variante do processo de acordo com a invenção permite fazer reagir “in situ” por um lado o álcool fraco com o óleo contido no coração da semente e por outro fazer reagir o mesmo álcool com os triglicerídeos para a transesterificação, o álcool desempenhando à vez o papel de solvente de extração e de reagente.[0048] This variant of the process according to the invention allows weak alcohol to react "in situ" with the oil contained in the heart of the seed and on the other hand to react the same alcohol with triglycerides for transesterification, alcohol playing the role of extraction solvent and reagent.
[0049] Uma vantagem da variante do processo versus os processos convencionais reside nas baixas quantidades de água usadas. As operações de refinação do óleo bruto, por exemplo, são grandes consumidoras de água. Esta economia de água é um trunfo importante no quadro do desenvolvimento dessa tecnologia nos países em vias de desenvolvimento e em menor medida nos países ricos, uma vez que a água tende a se tornar um bem essencial cada vez mais caro. [0050] A primeira etapa do processo consiste em condicionar as sementes de mamona ou de Lesquerella, usadas isoladamente ou em mistura com outras sementes de plantas oleaginosas, oleoproteaginosas ou proteaginosas. Este condicionamento é feito sobre as sementes inteiras. Compreende uma primeira operação de prensagem das sementes, seguida por uma operação de secagem das sementes prensadas.[0049] An advantage of the process variant versus conventional processes lies in the low amounts of water used. Crude oil refining operations, for example, are major consumers of water. This water saving is an important asset in the development of this technology in developing countries and to a lesser extent in rich countries, since water tends to become an essential and increasingly expensive commodity. [0050] The first stage of the process consists of conditioning the castor seeds or Lesquerella seeds, used alone or in mixture with other seeds of oilseeds, oil-proteins or protein crops. This conditioning is done on the whole seeds. It comprises a first pressing operation of the seeds, followed by a drying operation of the pressed seeds.
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13/20 [0051] O objetivo do condicionamento das sementes é tornar o óleo o mais acessível possível ao álcool, sem no entanto alterar muito a sua resistência mecânica. Isto impede a formação de uma massa e de hulha miúda, respectivamente prejudiciais para a implementação de um processo contínuo e à purificação final dos ésteres produzidos. Além disso, as sementes condicionadas devem permitir uma passagem fácil do fluido reacional (mistura álcool - catalisador básico) de acordo com um simples fenômeno de percolação.13/20 [0051] The purpose of seed conditioning is to make the oil as accessible as possible to alcohol, without however changing its mechanical resistance. This prevents the formation of a mass and fine coal, respectively harmful to the implementation of a continuous process and to the final purification of the esters produced. In addition, the conditioned seeds must allow an easy passage of the reaction fluid (alcohol mixture - basic catalyst) according to a simple percolation phenomenon.
[0052] De acordo com uma variante de realização, as sementes frescas são prensadas sob uma prensa mecânica de rolos lisos ou canelados.[0052] According to a variant of embodiment, fresh seeds are pressed under a mechanical press with smooth or fluted rolls.
[0053] As sementes assim prensadas são secas, por exemplo em uma estufa ventilada termorregulada ou em um secador contínuo em banda ou rotativo de ar quente. A duração de secagem e a temperatura são escolhidas para obter uma diminuição da umidade das sementes para valores inferiores ou iguais a 2% em peso. De preferência, a secagem é realizada rapidamente após a prensagem em menos de uma hora, de preferência após 5 a 10 minutos, a uma temperatura suficiente para reduzir a taxa de umidade das sementes a 2% em peso no máximo. [0054] A umidade residual da semente é determinada através de termogravimetria. A semente é previamente esmagada e, em seguida, o esmagado obtido é seco a 105°C em uma balança térmica até à estabilização do peso. O teor de água é expresso em porcentagem da matéria bruta.[0053] The seeds thus pressed are dried, for example in a thermoregulated ventilated greenhouse or in a continuous banded or rotary hot air dryer. The drying duration and temperature are chosen to obtain a decrease in seed moisture to values less than or equal to 2% by weight. Preferably, drying is carried out quickly after pressing in less than an hour, preferably after 5 to 10 minutes, at a temperature sufficient to reduce the seed moisture content to a maximum of 2% by weight. [0054] The residual moisture of the seed is determined through thermogravimetry. The seed is previously crushed and then the obtained crush is dried at 105 ° C on a thermal scale until the weight stabilizes. The water content is expressed as a percentage of the raw material.
[0055] Em uma variante preferida de realização, a etapa 1) de condicionamento das sementes inclui também uma operação de pré-aquecimento das sementes, realizada antes da operação de prensagem. Esta operação de pré-aquecimento confere à semente uma maior plasticidade e, portanto, um esmagamento mais eficaz quando da prensagem (ganho ao nível da superfície de contacto, da velocidade de percolação do álcool e, portanto, da sua capacidade extrativa). Ela ocorre preferencialmente a uma temperatura inferior ou igual a 100°C.[0055] In a preferred embodiment, step 1) seed conditioning also includes a seed preheating operation, carried out before the pressing operation. This preheating operation gives the seed greater plasticity and, therefore, a more effective crushing when pressing (gain in terms of the contact surface, the percolation speed of the alcohol and, therefore, its extractive capacity). It occurs preferably at a temperature less than or equal to 100 ° C.
[0056] A implementação das diferentes variantes de processos de acordo com a invenção é ilustrada pelas representações esquemáticas das figuras 1 a 4 em que,[0056] The implementation of the different process variants according to the invention is illustrated by the schematic representations of figures 1 to 4 in which,
1: representa o abastecimento de sementes1: represents the seed supply
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2: representa o abastecimento de metanol (Álcool)2: represents the supply of methanol (alcohol)
3: representa a parte rica em heptanaldeído3: represents the part rich in heptanaldehyde
4: representa a parte rica em éster metílico do ácido C11/C13 ωinsaturado4: represents the part rich in methyl ester of ω unsaturated C11 / C13 acid
5: representa a parte rica em ésteres metílicos não-hidroxilados5: represents the part rich in non-hydroxylated methyl esters
6: representa a parte rica em éster metílico do ácido graxo hidroxilado não convertido6: represents the methyl ester-rich part of the unconverted hydroxylated fatty acid
7: representa o glicerol7: represents glycerol
R1: representa a unidade de trituração de sementes ou unidade de trituração reativa de sementesR1: represents the seed milling unit or reactive seed milling unit
R2: representa a unidade de transesterificação do óleo vegetalR2: represents the transesterification unit of vegetable oil
R3: representa a unidade de craqueamento térmico da mistura de ésteresR3: represents the thermal cracking unit of the ester mixture
R4: representa a unidade opcional de esterificação da parte rica em ésteres metílicos de ácidos graxos hidroxilados não convertidosR4: represents the optional unit for the esterification of the part rich in methyl esters of unconverted hydroxylated fatty acids
S1: representa a unidade de separação do heptanaldeído dos outros produtos de R3S1: represents the unit of separation of heptanaldehyde from other R3 products
S2: representa a unidade de separação do éster metílico do ácido C11/C13 ω-insaturado dos outros ésteres metílicos não quebradosS2: represents the unit of separation of the methyl ester of ω-unsaturated C11 / C13 acid from the other unbroken methyl esters
S3: representa a unidade de separação de ésteres metílicos hidroxilados dos outros ésteres.S3: represents the unit of separation of hydroxylated methyl esters from the other esters.
[0057] A Figura 1 ilustra o processo de acordo com o qual[0057] Figure 1 illustrates the process according to which
- se extrai em R1 o óleo da semente introduzida em (1) através de um trituração clássica na presença ou não de um solvente não representado,- the oil from the seed introduced in (1) is extracted in R1 by means of classical grinding in the presence or not of a solvent not shown,
- se realiza em R2 a transesterificação de triglicerídeos no meio de metanol introduzido em (2), à saída de R2 se efetua a separação em (7) do glicerol no meio,- transesterification of triglycerides in the methanol medium introduced in (2) is carried out in R2, at the exit of R2 the glycerol in the medium is separated in (7),
- se realiza em S3 a separação de ésteres de ácidos não hidroxilados trasfegados em (5), sendo os ésteres hidroxilados dirigidos a R3,- the separation of esters of non-hydroxylated acids transferred in S3 is carried out in S3, with the hydroxyl esters being directed to R3,
- em R3 a fração de ésteres hidroxilados é sujeita a uma pirólise na presença de vapor de água (não representado),- in R3 the fraction of hydroxylated esters is subjected to pyrolysis in the presence of water vapor (not shown),
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15/2015/20
- o efluente de R3 é destinado a S1 onde se realiza a separação de heptanaldeído em (3), depois- the R3 effluent is destined for S1 where heptanaldehyde is separated into (3), after
- a mistura dos ésteres restantes é destinada a S2, onde se separa o éster do ácido C11/C13 ω-insaturado em (4) dos outros ésteres metílicos não quebrados que são reciclados para R3,- the mixture of the remaining esters is destined for S2, where the ester of the C11 / C13 ω-unsaturated acid is separated into (4) from the other unbroken methyl esters which are recycled to R3,
- a fração reciclada é dirigida a R4 onde se realiza uma esterificação em meio de metanol (não representado) para eliminar os ácidos eventualmente formados durante a pirólise, uma fração de ésteres metílicos não quebrados talvez trasfegados em (6) é totalmente reciclada para R3.- the recycled fraction is directed to R4 where an esterification in methanol medium (not shown) is carried out to eliminate the acids eventually formed during pyrolysis, a fraction of unbroken methyl esters maybe transferred in (6) is totally recycled to R3.
[0058] A figura 2 ilustra um processo de acordo com o qual se realiza no seio de R1 a trituração reativa de sementes capturadas em (1) em meio de metanol introduzido em (2); se liberta assim o reator R2. A extração do glicerol se realiza a partir de R1 em (7) e o seguimento do processo é estritamente idêntico ao que se acaba de descrever.[0058] Figure 2 illustrates a process according to which reactive grinding of seeds captured in (1) in methanol introduced in (2) takes place within R1; the R2 reactor is released. The glycerol is extracted from R1 in (7) and the process is strictly identical to the one just described.
[0059] A figura 3 ilustra um processo cujas fases iniciais são idênticas às da figura 1 até à saída de R2, de acordo com o qual se dirige toda a mistura de ésteres de R2 para o reator de craqueamento R3. O efluente saindo de R3 é sujeito a uma série de separação em S1 para heptanaldeído em (3), depois em S2 para o éster de ácido C11/C13 ω-insaturado em (4) e finalmente em S3 para os ésteres dos ácidos não hidroxilados em (5). A saída dos hidroxiésteres não convertidos e não reciclados para R3 é realizada em (6). A reciclagem dos hidroxiésteres não convertidos para R3 passa por uma esterificação em R4.[0059] Figure 3 illustrates a process whose initial phases are identical to those of figure 1 until the outlet of R2, according to which the entire mixture of esters of R2 is directed to the cracking reactor R3. The effluent leaving R3 is subjected to a series of separation in S1 for heptanaldehyde in (3), then in S2 for the C11 / C13 ω-unsaturated acid ester in (4) and finally in S3 for the esters of non-hydroxylated acids in (5). The output of the unconverted and non-recycled hydroxy esters to R3 is carried out in (6). The recycling of hydroxy esters not converted to R3 goes through an esterification in R4.
[0060] A figura 4 ilustra um processo de acordo com o qual se realiza no seio de R1 a trituração reativa de sementes capturadas em (1) em meio de metanol introduzido em (2); se liberta assim o reator R2. O seguimento do processo é estritamente idêntico ao que se acaba de descrever para a figura 3.[0060] Figure 4 illustrates a process according to which reactive grinding of seeds captured in (1) in methanol introduced in (2) takes place within R1; the R2 reactor is released. The follow-up of the process is strictly identical to what has just been described for figure 3.
[0061] Para a fabricação dos combustíveis biodieseis da invenção, será vantajoso antes da mistura final submeter as partes saídas em (4) e (5) a uma esterificação para eliminar qualquer vestígio de forma ácida.[0061] For the manufacture of the biodiesel fuels of the invention, it will be advantageous before final mixing to subject the parts leaving in (4) and (5) to an esterification to eliminate any trace of acid form.
[0062] Os biodieseis da invenção serão ilustrados pelos exemplos abaixo[0062] The biodiesel of the invention will be illustrated by the examples below
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16/20 conduzidos a partir de uma fonte única de hidroxiácidos, o óleo de mamona (e mais geralmente sementes de mamona).16/20 conducted from a single source of hydroxy acids, castor oil (and more generally castor seeds).
[0063] Exemplo 1 (comparativo) [0064] A mistura “biodiesel” A é obtida através de simples transesterificação do óleo de mamona bruto sem craqueamento nem reciclagem. Ela conduz à mistura de ésteres seguinte expressos em % em peso:[0063] Example 1 (comparative) [0064] The mixture "biodiesel" A is obtained by simple transesterification of crude castor oil without cracking or recycling. It leads to the following mixture of esters expressed in% by weight:
C11:1 :0C11: 1: 0
C16:0 :1,3C16: 0: 1,3
C18:0 :1,5C18: 0: 1.5
C18:1 :4C18: 1: 4
C18:1 OH :86C18: 1 OH: 86
C18:2 :5 [0065] Convencionalmente “C10” indica o número de átomos de carbono (10 neste caso) “:1” o número de insaturações (uma nesta circunstância) e “OH” a presença de uma função hidroxila.C18: 2: 5 [0065] Conventionally "C10" indicates the number of carbon atoms (10 in this case) ": 1" the number of unsaturations (one in this circumstance) and "OH" the presence of a hydroxyl function.
[0066] Esta mistura apresenta um índice de cetano, mensurável de acordo com a norma EN 14214 :2003 (ou ASTM D6751-07a), muito fraco em relação à especificação (>47 ou 51). A sua viscosidade de acordo com as mesmas normas, muito alta 13,8 mm2/s a 40°C (2-6), a resistência ao frio (ponto de fusão) muito alta 6,7°C (<-20°c).[0066] This mixture has a cetane number, measurable according to EN 14214: 2003 (or ASTM D6751-07a), very weak in relation to the specification (> 47 or 51). Its viscosity according to the same standards, very high 13.8 mm 2 / s at 40 ° C (2-6), resistance to cold (melting point) very high 6.7 ° C (<-20 ° c ).
[0067] Exemplo 2 [0068] A mistura “biodiesel” B será fabricada a partir da mistura A à qual se segue um craqueamento a uma taxa de conversão de 70%, depois uma separação do heptanaldeído formado e, finalmente, a esterificação complementar da mistura de ésteres obtida.[0067] Example 2 [0068] The "biodiesel" mixture B will be manufactured from mixture A followed by cracking at a conversion rate of 70%, then a separation of the formed heptanaldehyde and, finally, the complementary esterification of mixture of esters obtained.
[0069] Ela conduzirá à mistura de ésteres seguinte expressos em % em peso:[0069] It will lead to the following mixture of esters expressed in% by weight:
C11 :1 :49,8C11: 1: 49.8
C16 :0 :1,7C16: 0: 1,7
C18 :0 :2,0C18: 0: 2.0
C18 :1 :5,3C18: 1: 5.3
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17/2017/20
C18 :1 OH :34,4C18: 1 OH: 34.4
C18 :2 :6,7 [0070] Este biodiesel apresentará um índice de cetano de 50,3 cabendo na especificação mas no limite inferior, uma viscosidade estimada de 7,5, um pouco forte, ligeiramente acima da especificação, uma resistência ao frio bastante boa 17,9°C, mas ligeiramente acima da especificação inverno. Essa mistura seria um combustível biodiesel correto podendo ser usado sozinho, sem necessidade de efetuar misturas.C18: 2: 6,7 [0070] This biodiesel will have a cetane number of 50.3, but within the specification, at the lower limit, an estimated viscosity of 7.5, slightly strong, slightly above specification, a resistance to cold quite good 17.9 ° C, but slightly above winter specification. This mixture would be a correct biodiesel fuel and can be used alone, without the need for mixing.
[0071] Exemplo 3 [0072] Uma mistura de biodiesel C será fabricada a partir de uma mistura A à qual se segue o craqueamento, no final da qual se extrairá a mistura de aldeído C7, depois se separará o éster C11 ω-insaturado e finalmente se separará a parte rica em éster ricinoleico residual para a reciclar no craqueamento de outros ésteres C18/C16. No final destas operações se misturará o éster C11 ω-insaturado e os outros ésteres C18/C16 mas não o éster ricinoleico.[0071] Example 3 [0072] A mixture of biodiesel C will be manufactured from mixture A followed by cracking, at the end of which the mixture of aldehyde C7 will be extracted, then the C11 ω-unsaturated ester will be separated and finally the part rich in residual ricinoleic ester will be separated to be recycled in the cracking of other C18 / C16 esters. At the end of these operations, the C11 ω-unsaturated ester and the other C18 / C16 esters will be mixed, but not the ricinoleic ester.
[0073] Ela conduzirá à mistura de ésteres seguinte expressos em % em peso:[0073] It will lead to the following mixture of esters expressed in% by weight:
C11 :1 :57,1C11: 1: 57.1
C16 :0 :4,7C16: 0: 4.7
C18 :0 :5,5C18: 0: 5.5
C18 :1 :14,6C18: 1: 14,6
C18 :1 OH :0C18: 1 OH: 0
C18 :2 :18,2 [0074] Esse biodiesel será excepcionalmente bom com um índice de cetano de 56, uma viscosidade próxima de 3,6, no intervalo inferior, uma resistência muito boa ao frio inferior a -20°C. Esse tipo de mistura quase poderia ser usado sem necessidade de suplemento externo.C18: 2: 18,2 [0074] This biodiesel will be exceptionally good with a cetane number of 56, a viscosity close to 3.6, in the lower range, very good resistance to cold below -20 ° C. This type of mixture could almost be used without the need for an external supplement.
[0075] Exemplo 4 [0076] Um biodiesel D será fabricado a partir da Mistura A à qual se segue o craqueamento no final da qual se extrairá a mistura de heptanaldeído e éster metílico do ácido undecilênico após o que se efetuará uma extração parcial da parte[0075] Example 4 [0076] A biodiesel D will be manufactured from Mixture A followed by cracking at the end of which the mixture of heptanaldehyde and methyl ester of undecylenic acid will be extracted after which a partial extraction of the part will be carried out
Petição 870180017594, de 05/03/2018, pág. 22/29Petition 870180017594, of 03/05/2018, p. 22/29
18/20 rica em ricinoleato para reciclagem no craqueamento. A mistura de biodiesel D será constituída pelo éster 10-undecilênico e pela mistura de ésteres C16/C18 mais a parte da fração de ricinoleato não reciclado.18/20 rich in ricinoleate for recycling in cracking. The biodiesel mixture D will consist of the 10-undecylenic ester and the mixture of C16 / C18 esters plus the part of the non-recycled ricinoleate fraction.
[0077] Ela conduzirá à mistura de ésteres seguinte expressa em % em peso:[0077] It will lead to the following mixture of esters expressed in% by weight:
C11 :1 :50C11: 1: 50
C16 :0 :4C16: 0: 4
C18 :0 :5C18: 0: 5
C18 :1 :12C18: 1: 12
C18 :1 OH :14C18: 1 OH: 14
C18 :2 :15 [0078] O índice de cetano desse biodiesel será bom, superior a 50, e mostrará uma boa resistência ao frio próxima de -20°C.C18: 2: 15 [0078] The cetane index of this biodiesel will be good, above 50, and will show good resistance to cold close to -20 ° C.
[0079] Exemplo 5 [0080] Esse exemplo ilustra um biodiesel “teórico” E consistindo no efluente líquido saindo do reator de craqueamento após simples separação do heptanaldeído. Sua composição teórica (não é conhecida a taxa exata de craqueamento) deverá ser a seguinte.[0079] Example 5 [0080] This example illustrates a “theoretical” biodiesel E consisting of the liquid effluent leaving the cracking reactor after simple separation of the heptanaldehyde. Its theoretical composition (the exact cracking rate is not known) should be as follows.
C11 :1 :42,9C11: 1: 42,9
C16 :0 :3,6C16: 0: 3,6
C18 :0 :4,1C18: 0: 4.1
C18 :1 :10,9C18: 1: 10,9
C18 :1 OH :24,9C18: 1 OH: 24.9
C18 :2 :13,7 [0081] Seus desempenhos serão inferiores aos dos biodieseis C e D.C18: 2: 13,7 [0081] Their performance will be lower than that of biodiesel C and D.
[0082] O conjunto dos processos implementados conduziu a um “subproduto”, o heptanaldeído. O produtor poderá no entanto valorizar esse heptanaldeído que é um produto interessante para a indústria na forma de heptanal, acetal, ácido, álcool, nitrila...[0082] The set of processes implemented led to a “by-product”, heptanaldehyde. However, the producer will be able to value this heptanaldehyde, which is an interesting product for the industry in the form of heptanal, acetal, acid, alcohol, nitrile ...
[0083] As composições de combustível diesel da invenção são ilustradas pelos exemplos seguintes.[0083] The diesel fuel compositions of the invention are illustrated by the following examples.
Petição 870180017594, de 05/03/2018, pág. 23/29Petition 870180017594, of 03/05/2018, p. 23/29
19/20 [0084] Exemplo 6 Preparação de uma mistura entre um gasóleo e o éster metílico do ácido 10-undecenóico.19/20 [0084] Example 6 Preparation of a mixture between a diesel and the 10-undecenoic acid methyl ester.
[0085] Prepara-se o éster do ácido 10-undecenóico através de craqueamento térmico de um éster metílico de óleo de mamona. O éster metílico do ácido 10undecenóico é isolado através de destilação. Um tal composto está comercialmente disponível e é produzido a pedido.[0085] The ester of 10-undecenoic acid is prepared by thermally cracking a methyl ester of castor oil. The methyl ester of 10undecenoic acid is isolated by distillation. Such a compound is commercially available and produced on request.
[0086] Mistura-se então o éster metílico do ácido 10-undecenóico obtido com um combustível diesel base representativo das formulações Euro 2000: densidade na ordem de 0,830 a 15°C, teor de enxofre na ordem de 290 ppm, índice de cetano de[0086] The 10-undecenoic acid methyl ester obtained is then mixed with a diesel fuel base representative of the Euro 2000 formulations: density in the range of 0.830 to 15 ° C, sulfur content in the range of 290 ppm, cetane index of
51, intervalo de destilação de 170-360°C. A proporção de éster metílico do ácido 10undecenóico/combustível base é de 10% em peso. Mede-se então o índice de cetano da mistura de acordo com a norma ISO 5165. Esse é ligeiramente superior a 51 o que permite inferir que o índice de cetano do acetal na mistura é da ordem de51, distillation range 170-360 ° C. The 10undecenoic acid / base fuel methyl ester ratio is 10% by weight. The cetane number of the mixture is then measured according to the ISO 5165 standard. This is slightly higher than 51, which allows to infer that the cetane number of the acetal in the mixture is of the order of
52.52.
[0087] Exemplo 7 Ensaios comparativos da mistura com o combustível diesel base.[0087] Example 7 Comparative tests of the mixture with the base diesel fuel.
[0088] Efetua-se ensaios com o objetivo de avaliar o desempenho em matéria de emissão de partículas de composições de combustível diesel contendo 10% em peso do éster metílico do ácido 10-undecenóico em comparação com as obtidas com o combustível diesel de referência.[0088] Tests are carried out with the objective of evaluating the particle emission performance of diesel fuel compositions containing 10% by weight of the 10-undecenoic acid methyl ester compared to those obtained with the reference diesel fuel.
[0089] Os ensaios foram realizados em um veículo Diesel equipado com um motor de injeção direta. Esses ensaios foram realizados no ciclo descrito na Diretiva Européia 70/220/CE, modificada pela diretiva 98/69/EC (ciclo designado MVEG-11s EURO 2000). Esse ciclo é composto de uma fase urbana (ciclo EUDC de 4.052 km de comprimento) e uma fase extraurbana (ciclo ECE de 6.955 km de comprimento). Os resultados dos ensaios, expressos em miligramas de partículas por quilômetro são os seguintes:[0089] The tests were carried out in a diesel vehicle equipped with a direct injection engine. These tests were carried out in the cycle described in the European Directive 70/220 / EC, modified by the directive 98/69 / EC (cycle called MVEG-11s EURO 2000). This cycle consists of an urban phase (EUDC cycle 4,052 km long) and an extra-urban phase (ECE cycle 6,955 km long). The test results, expressed in milligrams of particles per kilometer, are as follows:
[0090] Combustível diesel sozinho: Ciclo ECE 65 mg/km, Ciclo EUDC 52,5 mg/km, Ciclo MVEG 57 mg/km [0091] Combustível diesel a 90% + 10% de éster metílico do ácido 10Petição 870180017594, de 05/03/2018, pág. 24/29[0090] Diesel fuel alone: ECE cycle 65 mg / km, EUDC cycle 52.5 mg / km, MVEG cycle 57 mg / km [0091] Diesel fuel 90% + 10% acid methyl ester 10Petition 870180017594, from 05 / 03/2018, p. 24/29
20/20 undecenóico: Ciclo ECE 47 mg/km, Ciclo EUDC 55 mg/km, Ciclo MVEG 47 mg/km. [0092] A redução de emissões de partículas com o combustível de acordo com a invenção é na ordem dos 10%.20/20 undecenoic: ECE cycle 47 mg / km, EUDC cycle 55 mg / km, MVEG cycle 47 mg / km. [0092] The reduction of particulate emissions with the fuel according to the invention is in the order of 10%.
Petição 870180017594, de 05/03/2018, pág. 25/29Petition 870180017594, of 03/05/2018, p. 25/29
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